石灰性土壤添加污泥后土壤的肥力特征及磷素淋失临界值

开展2 a种植冬小麦-夏玉米的盆栽试验,研究污泥添加对石灰性土壤养分的影响,构建石灰性土壤中污泥添加量(0、3.75、7.50、37.5、75.0 t/hm^2)与有效磷之间的关系,确定磷素淋失的临界值。结果表明:污泥添加降低了石灰性土壤的pH值,但土壤有机质、全氮、碱解氮、全磷、有效磷、速效钾和土壤综合肥力指数随污泥添加量的增加呈增加趋势。试验期间,同年轮作季的污泥添加量相同时,玉米季土壤养分含量小于小麦季,且各养分随污泥施用年限的增加而增加,并与污泥的累积施用量之间存在显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)的正相关关系。当污泥添加量大于等于37.5 t/hm^2时,土壤养分含量与未添加污泥处理相比差异显著(P<0.05)。污泥施用后该土壤磷素淋失临界值为有效磷质量分数28.57 mg/kg,其对应的污泥施用量分别为61.39 t/hm^2。研究可为在石灰性土壤中污泥的合理施用提供依据。     

脱水污泥堆肥过程中养分、有机质与重金属的变化特征

对城市脱水污泥在堆肥过程中的氮、磷等主要养分、不同有机物以及铜(Cu)、锌(Zn)、铅(Pb)、镉(Cd)4种重金属的变化特性开展研究,分析不同有机物与有效态重金属之间的相关关系。结果表明:堆肥结束时,总氮、铵态氮含量分别降低了18.57%、13.93%,硝态氮含量增加了7.69%,速效磷含量增加了100.35%。堆肥期间不同有机物含量的变化趋势不同,堆肥结束时污泥有机质、溶解性有机物含量分别下降了50.92%、12.11%,而腐殖酸、富里酸、胡敏酸的含量分别增加了59.77%、30.85%、218.66%,胡敏酸、富里酸的比值从0.10上升到0.24。在堆肥结束时4种重金属总量都高于堆肥开始时的含量。有效态重金属含量在堆肥结束时最低,此时分别占重金属总量的28.13%、23.76%、11.08%、25.33%。污泥堆肥过程中不同有效态重金属和不同参数之间的相关性存在明显差异。     

腐熟污泥施用对土壤有机-无机碳组分的影响

为探明腐熟污泥施用对两种不同酸碱性土壤有机碳、无机碳组分的影响,明确无机碳与有机碳及土壤酸碱性的关系,通过连续两年的盆栽试验,开展小麦-玉米轮作模式下碱性壤土和酸性砂土污泥农用的研究。结果表明:添加腐熟污泥后,随污泥添加量的增加,两种土壤的有机碳(SOC)、易氧化有机碳(ROC)、可溶性有机碳(DOC)和腐殖质碳(HSC)等有机碳组分含量呈增加趋势。与对照(CK)相比,当污泥添加量为75 t/hm~2时,酸性砂土有机碳组分SOC、ROC、DOC、HSC含量分别增加了82.39%、25.62%、158.33%和30.77%(P 0.05);在碱性壤土中,上述有机碳组分分别增加了84.36%、49.26%、340.00%和354.90%(P 0.05),且两种土壤中各有机碳组分之间呈现极显著的正相关关系(P 0.01)。施用污泥降低了碱性壤土中ROC的分配比例(污泥施用量为3.75 t/hm~2时除外),但增加了DOC和HSC的分配比例;污泥农用降低了酸性砂土ROC和HSC的分配比例,但增加了DOC的分配比例。在碱性壤土中污泥农用降低了土壤无机碳(SIC)、活性无机碳(AIC)含量,同时土壤p H值降低;而在酸性砂土中污泥农用,土壤的SIC、AIC含量增加,同时土壤pH值增大;两种土壤的SIC和p H值之间均呈现极显著的正相关关系(P 0.01)。本研究可为不同酸碱性土壤碳库质量管理提供科学依据。     

不同来源污泥重金属的含量特征及其风险评价

分别选择市区污泥、县城污泥、腐熟污泥作为研究对象,开展污泥重金属含量、生态风险及人体健康风险评价,为污泥资源化利用提供依据。结果表明:同类污泥中重金属平均含量均排序为锌(Zn)铜(Cu)铬(Cr)砷(As)铅(Pb)镉(Cd)汞(Hg),只有市区污泥中As的含量超过农用泥质A级标准(CJ/T 309—2009)。Cu、Zn、Cr、Cd在3类污泥中的含量、单因子污染指数和单因子潜在生态风险指数的平均值都表现为腐熟污泥市区污泥县城污泥。腐熟污泥、市区污泥、县城污泥中重金属内梅罗综合污染指数平均值分别为4.684、1.995、1.145,分别为重污染、轻度污染、轻度污染,腐熟污泥、市区污泥、县城污泥重金属综合潜在生态风险指数平均值分别为321.06、214.49、106.08,相应的综合潜在生态风险程度分别为重、中等、低。基于健康风险评价模型进行成人健康风险评价,腐熟污泥、市区污泥、县城污泥对成人非致癌综合危害指数分别为1.10×10~(-1)、5.13×10~(-2)、2.58×10~(-2),重金属多因子致癌综合危害指数分别为3.39×10~(-5)、4.77×10~(-5)、1.87×10~(-5)。县城污泥无论是生态风险还是对人类健康风险都最低。     

堆肥污泥连续施用对酸性砂土肥力影响及养分积累风险

为研究添加堆肥污泥对酸性砂土养分和肥力的影响,并探究污泥施用后的养分积累风险,本研究采用盆栽试验,通过施用不同量堆肥污泥,研究两年连续小麦-玉米轮作模式下酸性砂土养分和肥力变化规律,并利用有机指数(OI)和单因子标准指数(S_i)分别针对砂土有机碳(OC)和全氮(TN)、全磷(TP)进行积累风险评价。结果表明,连续两年在酸性砂土上施用污泥提高了土壤的有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷、有效钾含量、pH值和土壤综合肥力指数(IFI),均随污泥施用量的增加呈上升趋势。砂土中连续两年污泥施用,土壤有机指数(OI)等级表现为Ⅰ级清洁型,故污泥添加导致土壤有机碳的淋失风险较小;全氮的S_i等级同样为Ⅰ级清洁型,而土壤全磷的S_i在2017年小麦和玉米季污泥施用量为37.50 t·hm^-2时,达到Ⅱ级较清洁型,因此与氮素相比,污泥施用增加了砂土磷素淋失风险。可见,污泥农用可以改善酸性砂土的养分状况,但也需要注意污泥过量施用造成的养分积累风险。本研究结果为污泥在酸性砂土的合理施用提供了依据。     

叶面阻控剂在轻度镉污染石灰性麦田上的降镉效果

在轻度镉污染的石灰性潮土麦田上开展试验,以叶面喷施(分别在小麦拔节期、抽穗期和灌浆期各进行一次)3种自配阻控剂(ZP1、ZP2、ZP3)作为处理,以叶面喷施蒸馏水作为对照(CK),明确其对小麦镉转运和富集的影响,以便筛选出具有良好降镉效果的阻控剂,为轻度镉污染石灰性麦田的安全生产提供参考。结果表明：与CK相比,叶面喷施3种阻控剂对小麦的产量和品质指标无显著影响,显著(P<0.05)降低了小麦从茎到叶的镉转运系数和小麦叶片的镉富集系数,显著提高了小麦叶的铜、锌含量。此外,叶面喷施ZP3阻控剂还显著降低了小麦籽粒的镉含量,降幅为43.3%。综合对比,在轻度镉污染石灰性麦田上,可优选ZP3型叶面阻控剂进行喷施。     

碳酸钙和壳聚糖联用对高pH值石灰性土壤砷污染的钝化

为明确碳酸钙-壳聚糖联用对高pH值石灰性土壤砷污染的钝化效果,该研究采用田间As污染模拟试验,设置对照(CK)、砷污染(As)、砷污染+碳酸钙(As+Ca)、砷污染+碳酸钙+壳聚糖(As+Ca+C)4个处理。研究了碳酸钙和壳聚糖添加对As污染石灰性土壤酶活性影响,污染土壤中As的形态变化,以及As在供试作物玉米体内的迁移特征。结果表明:As污染石灰性土壤上添加碳酸钙(Ca)有利于提高土壤酶活性,碳酸钙和壳聚糖(Ca+C)联用后,土壤脲酶、纤维素酶和过氧化氢酶活性分别显著提高了52.35%、74.92%、8.72%(P0.05)。高pH值石灰性土壤外源As的主要存在形态为残渣态,且残渣态占总砷含量的60%以上。与As处理相比,As+Ca和As+Ca+C处理的水溶态砷分别显著降低17.15%和27.03%(P0.05);As+Ca+C处理的钙-砷、铁-砷和铝-砷分别显著升高了13.97%、14.24%、13.85%(P0.05)。As+Ca和As+Ca+C钝化处理对As钝化率分别达9.78%和18.37%。As污染土壤上种植玉米会导致各部位As积累的增加,但Ca+C联用使玉米籽粒、根、茎、叶的As含量显著降低50%、13.98%、16.51%、14.94%(P0.05)。可见,Ca+C钝化剂联用方法可应用于高pH值石灰性土壤As污染修复。     

施用高量堆肥污泥提高小麦–玉米轮作模式下酸性水稻土pH和碳组分活性

  【目的】  污泥堆肥农用是污泥资源化的主要途径,明确不同用量堆肥污泥对旱作条件下酸性水稻土有机、无机碳组分及pH的影响,可为堆肥污泥的农用提供科学依据。  【方法】  以酸性水稻土为供试土壤,连续进行了2年小麦–玉米轮作盆栽试验。参照GB4284—2018农用污泥施用标准,设置0 (CK)、3.75、7.50、37.50和75.00 t/hm2共5个污泥施用量处理,每年10月份种植冬小麦前称取相应量污泥,与盆栽土壤均匀混合后装盆,连续种植冬小麦和夏玉米两季作物。分别在小麦、玉米收获后采集耕层土壤,分析水稻土中有机、无机碳组分和pH,以及上述参数之间存在的相关关系。  【结果】  供试污泥堆肥用量处理下,土壤pH随污泥施用量的增加而升高,污泥用量35.70 t/hm2处理的4个生长季土壤pH较CK分别显著升高了0.21、0.51、0.40和0.70个单位 (P < 0.05)。污泥堆肥农用提高了酸性水稻土中有机碳 (SOC)、易氧化有机碳 (ROC)、可溶性有机碳 (DOC) 和腐殖质碳 (HSC) 含量,同时也提高了碳酸钙 (CC) 和活性碳酸钙 (ACC) 含量,且增加幅度随污泥施用量的增加而上升。污泥用量为75.00 t/hm2时,土壤各有机碳组分和无机碳组分均显著高于CK (P < 0.05);污泥施用量 ≥ 7.50 t/hm2时,土壤ROC、DOC含量均显著高于CK (P < 0.05);污泥用量 ≥ 3.75 t/hm2时,土壤碳酸钙含量均显著高于CK (P < 0.05)。碳库管理指数在污泥施用量 ≥ 7.50 t/hm2时显著增加 (P < 0.05)。碳酸钙含量和pH在酸性水稻土上呈显著正相关关系 (P < 0.05);有机碳和无机碳含量之间也呈显著正相关关系 (P < 0.05)。  【结论】  施用37.50～75.00 t/hm2生活堆肥污泥可在短期甚至当季显著增加旱作酸性水稻土中有机和无机碳总量和活性有机碳含量,提高土壤pH,是改善旱作酸性水稻土质量的有效手段。综合之前对堆肥污泥农用重金属积累、微生物多样性及养分淋失风险的研究,长期施用堆肥污泥对土壤环境的影响尚需进一步研究。